Via Lattea: nuovo calcolo del diametro

E’ di pochi giorni fa la notizia che la terra, il sistema solare, l’intera Via Lattea e le poche migliaia di galassie più vicine a noi si potrebbero muovere in una vasta “bolla” che ha un diametro di 250 milioni di anni luce, dove la densità media della materia è la metà di quella del resto dell’universo.

Questa è l’ipotesi avanzata da un fisico teorico dell’Università di Ginevra (UNIGE) per risolvere un enigma che divide la comunità scientifica da un decennio. Se l’universo è in espansione (e sembra proprio che allo stato lo sia) a che velocità si sta espandendo?

Fino ad ora, almeno due metodi di calcolo indipendenti sono arrivati ​​a due valori diversi di circa il 10% con una deviazione statisticamente inconciliabile.

Questo nuovo approccio, pubblicato sulla rivista Physics Letters B, cancella questa divergenza senza ricorrere ad alcuna “nuova fisica”.

L’universo in espansione

L’universo è in espansione da quando il Big Bang si è verificato 13,8 miliardi di anni fa. È una teoria formulata per la prima volta dal canonico e fisico belga Georges Lemaître (1894-1966), e dimostrata per la prima volta da Edwin Hubble (1889-1953).

Nel 1929 l’astronomo americano scoprì che ogni galassia si sta allontanando da noi e che le galassie più distanti si stanno muovendo più rapidamente. Ciò suggerisce che c’era un tempo in passato in cui tutte le galassie si trovavano nello stesso punto, un tempo che può corrispondere al Big Bang.

Questa ricerca ha dato origine alla legge di Hubble-Lemaître, inclusa la costante di Hubble (H0), che indica il tasso di espansione dell’universo. Il “problema” è che per calcolare l’espansione dell’universo esistono due metodi di calcolo contrastanti.

ragnatela cosmica
Ragnatela cosmica

Due metodi, due risultati diversi

Il primo si basa sul fondo cosmico a microonde: questa è la radiazione a microonde che ci arriva da ogni parte, emessa nel momento in cui l’universo è diventato abbastanza freddo da consentire alla luce di circolare liberamente (circa 370.000 anni dopo il Big Bang). Utilizzando i dati precisi forniti dalla missione spaziale Planck e presumendo che l’universo sia omogeneo e isotropico, si ottiene un valore di 67,4 per H0 usando la teoria della relatività generale di Einstein per percorrere lo scenario.

Il secondo metodo di calcolo si basa sulle supernovae che appaiono sporadicamente in galassie distanti. Questi eventi molto luminosi forniscono all’osservatore distanze molto precise, un approccio che ha permesso di determinare un valore per H0 di 74.

Lucas Lombriser, professore presso il Dipartimento di Fisica teorica della Facoltà di Scienze dell’UNIGE, spiega: “Questi due valori hanno continuato a diventare più precisi per molti anni pur rimanendo diversi l’uno dall’altro. Non ci è voluto molto per scatenare una controversia scientifica e persino per suscitare l’eccitante speranza che forse stessimo affrontando una “nuova fisica”. ”

Per ridurre il divario, il professor Lombriser ha formulato l’ipotesi che l’universo non sia così omogeneo come affermato, un’ipotesi che può sembrare ovvia su scale relativamente modeste.

Nuovo calcolo del diametro della nostra Galassia

Un team internazionale di astrofisici, che per la prima volta ha avuto a disposizione il telescopio spaziale Gaia, è stato in grado di determinare le dimensioni della nostra galassia misurando l’alone della materia oscura. E il diametro non è affatto di 105.700 anni luce, come si pensava fino a qualche tempo fa.

La distanza tra i corpi celesti più lontani tra loro, appartenenti alla Via Lattea, si calcolava fosse poco superiore ai 100mila anni luce, approssimazione già contestata per difetto da diversi recenti studi che parlavano di dimensioni almeno doppie. Le ultime stime sul diametro del disco galattico parlano di 260 mila anni luce.

Ma quello è solo il confine della materia presente nella nostra Galassia, poi c’è ancora tutto il campo di influenza gravitazionale, proprio come i confini del Sistema solare sappiamo estendersi ben oltre la cintura di Kuiper.

Quanto è grande veramente la nostra Galassia, fino a che distanza esercita attrazione gravitazionale? Per rispondere a questa domanda uno studio congiunto di astrofisici di Regno Unito, Germania, Stati Uniti e Canada, hanno unito le forze e raccolto i dati forniti dal nuovo telescopio spaziale Gaia, per poi renderne pubbliche le conclusioni sulla rivista Monthly Avvisi della Royal Astronomical Society e anche nella biblioteca di prestampe di arXiv.org.

I calcoli basati sui dati di mappatura del telescopio hanno mostrato che l’alone invisibile della materia oscura che ruota attorno al buco nero supermassiccio Sagittario A * si estenderebbe per addirittura quasi un milione di anni luce – 950 mila anni luce per l’esattezza.

Per il settimo anno, il telescopio Gaia ha accuratamente registrato la posizione di tutti gli oggetti in movimento nella nostra Galassia, le loro velocità radiali e il cambiamento delle distanze tra le stelle. Il compito del progetto è quello di costruire una mappa 3D accurata della Via Lattea. Compito non facile quello di osservare un oggetto in pratica dal suo interno e doverne determinare dimensioni reali.

Via Lattea
Via Lattea

Non solo, oltre alle difficoltà di rilevare un sistema osservandone l’esterno, ma partendo dall’interno, c’è anche il problema della ‘illusione ottica’ determinata dalla materia oscura. Determinare infatti i soli confini della materia non basta per determinare il reale campo gravitazionale dell’intera galassia, perché a questa, va aggiunta la materia oscura, la quale, appunto, è oscura. Come la rilevi?

La materia oscura viene rilevata per una sorta di deduzione gravitazionale e grazie alla Terza legge di Keplero (Legge dei periodi, 1619). I corpi più vicini che ruotano intorno al centro gravitazionale, in questo caso il buco nero supermassiccio Sagittario A * che si trova al centro della Via Lattea, devono ruotare molto più velocemente rispetto a quelli che si trovano in periferia.

Se si trovassero vicini e ruotassero troppo lentamente non riuscirebbero a sfuggire alla forza di gravità di Saggittario A* e ne verrebbero risucchiati, se si trovassero in periferia e ruotassero troppo velocemente partirebbero per la tangente e sfuggirebbero dalla Galassia.

Quindi il metodo è individuare i corpi più lontani, rilevare di quanto si muovano più velocemente rispetto a quanto atteso se vi fosse solo materia visibile, calcolare la quantità di gravità in più che ci deve essere per farli andare a quella velocità senza farli partire per la tangente, considerare quella quantità in più come materia oscura, valutare quanto questa si estenda oltre il disco della materia visibile e l’impatto gravitazionale fino a che punto potrebbe estendersi.Il risultato ottenuto da rilievi, calcoli e simulazioni è stato appunto questa prima approssimazione di 950 mila anni luce.

“In molte analisi dell’alone della Via Lattea, il suo confine esterno è un limite fondamentale. Spesso, gli scienziati sono guidati da una scelta soggettiva, ma è preferibile determinare fisicamente il bordo esterno. Abbiamo collegato la distribuzione della materia oscura con l’alone stellare osservato e una popolazione di galassie nane”, scrivono gli autori dell’articolo. “Speriamo che i dati futuri forniranno una misurazione più affidabile e accurata dei confini della Via Lattea e delle galassie vicine”, concludono.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Lucas Lombriser. Coerenza della costante di Hubble locale con lo sfondo cosmico a microonde. Physics Letters B, 2020; 803: 135303 DOI: 10.1016 / j.physletb.2020.135303
  2. The Edge of the Galaxy – Alis J. Deason (Durham), Azadeh Fattahi (Durham), Carlos S. Frenk (Durham), Robert J. J. Grand (MPA), Kyle A. Oman (Durham), Shea Garrison-Kimmel (Factual), Christine M. Simpson (Chicago), Julio F. Navarro (UVic) –  arXiv:2002.09497v1

  3. Amici della Scienza

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